微结构表面射流冲击流动沸腾强化换热研究

摘要

采用长×宽×厚为10 mm×10 mm×0.5 mm的硅片来模拟实际芯片散热，通过干腐蚀技术在其表面加工出宽×高分别为30 μm×60 μm，30 μm×120 μm的方柱微结构，实验研究了方柱微结构在伴有喷射的流动沸腾多重强化换热。考察了过冷度(25 ℃，35 ℃)，横流速度Vc(0.5，1.5 m/s)，喷射速度Vj(0～2 m/s)对换热的影响，并同工况下的光滑表面作了对比。结果表明，方柱微结构的换热性能优于光滑表面，增加过冷度和提高Vc以及Vj 都可以实现强化换热的目的，但强化作用随着Vc的增加而减弱，低横流高喷射可以实现较高的强化效果，最大允许热流密度qmax 随R(Vj/Vc)的增加而单调递增。方柱效率随着热流密度或Vc(Vj)的增加而减小。实验中PF30-120 芯片在过冷度为35 ℃，Vc=1.5 m/s，Vj=2 m/s 工况下所得到的最大qmax 值为165 W/cm2。